20世紀70年代初世界上出現了第一批電氣機器人,在一些極其單調和危險的工作領域,被用來替代人體勞動。該技術的特點是工作范圍大、靈活性高,適應某些精度和剛性要求不高的應用領域,如點焊、電弧焊、裝卸工件及簡單裝配等工作。這種機器人應用的就是串聯技術,其技術優勢是工作終端能夠向各方向運動,具有足夠的動態性能和靈活性,可到達要求的工作區域,但其精度和剛性較差。
工業領域中傳統的數控機床應用的就是類似機器人的這種串聯技術,同樣,也存在著精度和剛性方面的缺陷。為了補償這種技術“不足”,機床生產商不得不把機床設計成寬床面的整體結構來確保串聯結構,即使在末端連接處也能保持很好的精度和剛性。但是,這種整體結構和寬大的床面抵消了動態性能和靈活性。
新一代并聯機床
一直以來,機床制造業的開發者們夢想著將機器人的靈活性好、工作區域大與傳統機床精度、剛性高的優點結合在一起。在過去的20年里,人們一直著眼于運動并聯機床(PKM)的開發。并聯機器人技術是指通過3個或3個以上伸縮機構聯接定平臺和動平臺,實現動平臺的運動。必要時,在動平臺的末端再串聯兩個旋轉軸,即可實現大的運動空間及運動姿態范圍。這種結構的剛性、精度十分顯著,而且還能保證結構的靈活性和工作區域。
自1994年至今,世界上出現了一大批并聯機床。其中,最具代表性的是由卡爾-紐曼先生開發的名為Tricept的并聯機床。
2004年,Tricept并聯機床發明創始人紐曼先生組建了Exechon公司,發明了新一代Exechon并聯機床技術。新一代并聯機床技術突破了阻礙并聯機床發展與廣泛應用的諸多瓶頸和障礙,性能指標與易用性均大幅優于Tricept技術。
CIMT 2007期間,哈爾濱量具刃具集團有限公司(簡稱哈量)展出了LINKS-EXE700并聯機床。該機床是在結合哈量原有并聯機床的經驗積累,加上引進Exechon并聯機床最新專利技術的基礎上設計制造的新一代并聯機床,在機床動態性能、剛性、精度以及用戶編程操作簡易性方面都達到了很高水平。
LINKS-EXE700并聯機床的設計概念突顯了并聯機床的所有目標,如高剛性與極好的靈活性和動態性相結合。其突破點是最大限度地減少運動關節,將其并聯機構運動關節減少到6個,自由度為10個。這種設計形成的實體結構可以完全消除機床各方的撓曲和扭矩力的影響。該機床具有以下特點:
□ 僅有6個關節,10個自由度。其剛性、動態性能及高速性能大幅提高,取消了Tricepts上存在的中心管,消除了由中心管的撓曲和扭轉引起的整體剛性和精度下降因素。
□ 應用了最新的并聯機床校準和標定技術,能夠校準并聯機床的所有參數,是世界上第一臺在誤差補償方面與傳統CNC機床相同的并聯機床。該機床可差補加工H7級精度的孔,表面粗糙度達到Ra0.8。
□ 機床下平臺主軸無論處于加工范圍的任何位置,其動態特性都保持高度一致,為高速加工最佳切削參數的選擇提供了保證。
□ 加工范圍大,其范圍形狀近似一球冠,直徑達3m,球冠高度為0.6m,突破了傳統并聯機構工作空間小的局限性。
□ 在有效工作空間內可實現5~6面及全部復合角度的位置加工,適合用于敏捷加工,僅需一次裝夾即可完成5~6面的復雜異型件及復合角度孔和曲面的加工等。
□ 實現了虛擬工件的在線生產(ILP)檢驗。首次實現了數控機床在真實的控制器中,以實際驅動傳遞的軸數據進行實時的仿真。該技術的另一個重要應用是可以對機床的加工節拍進行仿真,對于實際生產意義重大。
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